Kas tas paslaptingasis asteroidų žiedas, Saulės sistemoje nusidriekęs tarp Marso ir Jupiterio: ar tai – į šipulius sudužusi senovinė planeta?

O 1801 metų sausio pirmą dieną italas Giuseppe Piazzi aptiko naują kūną, kurį iš pradžių palaikė kometa. Per keletą mėnesių nustatyta jo orbita ir atstumas nuo Saulės parodė, kad tai ne kometa – Saulės sistemoje planetų padaugėjo dar viena. Šis kūnas pavadintas romėnų derlingumo deivės Cereros vardu. Neilgai teko laukti ir daugiau atradimų: 1802-aisiais aptikta Paladė, 1804-aisiais – Junona, 1807-aisiais – Vesta.

Taip kelis dešimtmečius Saulės sistema gyvavo su 11 planetų, nors keturios naujosios buvo vadinamos ir „asteroidais“. Dar gausesni asteroidų atradimai XIX a. viduryje paskatino ir pirmuosius keturis išbraukti iš planetų sąrašo; tiesa, Cerera kai kur laikyta planeta net iki XX a. vidurio.

Asteroidų atradimai nuo XIX a. vidurio nesustojo: nuo 1847-ųjų naujų atrandama kasmet; netrukus jie pradėti numeruoti pagal atradimo datą, taigi Cerera tapo 1 Cerera, Paladė – 2 Palade ir taip toliau. 1868 metais žinojome šimtą asteroidų; vėliau kurį laiką vidutiniškai buvo aptinkama po dešimt per metus. 1923-aisiais atrastas tūkstantasis asteroidas, 1960-aisiais – dutūkstantasis.

Vėliau atradimai tik dar spartėjo, taip pat astronomai pradėjo tyrinėti pavienius asteroidus kaip pilnaverčius kūnus, o ne tik taškelius danguje, mat gerėjantys teleskopai leido išmatuoti jų spalvas, mineralinę struktūrą ir kitas įdomias savybes. Absoliuti dauguma asteroidų skrieja žiede tarp Marso ir Jupiterio – ten jų, didesnių nei kilometro skersmens, yra daugiau nei milijonas. Kiti išsibarstę likusioje Saulės sistemos dalyje, nuo artimų ir galimai pavojingų Žemei (apie tokius rašiau pernai) iki tolimų sistemos pakraščių (apie šiuos irgi rašiau pernai). Taigi šiandien kviečiu susipažinti su tuo pagrindiniu asteroidų telkiniu.

Nors Cerera aptikta netikėtai, jos orbitos savybės praktiškai idealiai atitiko tuo metu neseną prognozę, vadinamą Titius-Bode dėsniu. 1772 metais vokietis Johannas Elertas Bodė, remdamasis ankstesniu tautiečio Johanno Danieliaus Titiuso darbu, išvedė formulę, kuri, atrodytų, puikiai paaiškino planetų orbitų dydžius.

Tiesa, pagal šią formulę tarp Marso ir Jupiterio turėjo egzistuoti dar viena planeta. Po keleto metų atrastas Uranas nuo Saulės nutolęs beveik tiksliai tiek, kiek prognozavo Titius-Bode dėsnis; šis sutapimas – o vėliau paaiškėjo, kad tik sutapimas tai ir tėra (apie šio dėsnio istoriją rašiau prieš ketverius metus) – suteikė ryšiui daugiau svorio. Cereros orbita irgi beveik idealiai atitiko prognozę, tad dėsnio šlovė išaugo ir neišblėso bent pusšimtį metų, iki atrandant Neptūną 1846-aisiais.

Vos tik buvo atrastas antrasis asteroidas – Paladė – astronomai iškėlė hipotezę, kad galbūt toje Saulės sistemos vietoje kadaise buvo didelė planeta, kurią kokia nors katastrofa sudaužė į šipulius – asteroidus. Iš pirmo žvilgsnio tokia idėja gali pasirodyti logiška: tarp Marso ir Jupiterio tikrai yra daug erdvės, o asteroidai atrodo keistai mažyčiai, lyginant su planetomis. Visgi dabar turime ne vieną įrodymą, kad taip tikrai nebuvo.

Visų pirma, bendra visų Asteroidų žiedo kūnų masė nesiekia net Mėnulio masės, ką jau kalbėti apie didelę planetą. Antra, didesnieji asteroidai yra išsisluoksniavę į branduolį, mantiją ir plutą, kas rodo, kad jie jau formavosi maždaug tokios sudėties, kokią turi dabar. Jei jie būtų planetos nuolaužos, tikėtumėmės juose matyti beveik vien mantijos arba branduolio medžiagą.

Dar viena priežastis, kodėl Asteroidų žiede negalėjo susiformuoti planeta – Jupiterio gravitacija. Didžiausioji Saulės sistemos planeta vieną ratą aplink žvaigždę apsuka per kiek mažiau nei 12 metų. Asteroidų žiedo narių orbitų periodai siekia nuo maždaug trejų iki maždaug šešerių metų – 2-4 kartus mažiau. Tais atvejais, kai orbitų periodų santykis lygus nedidelių sveikųjų skaičių santykiui – pavyzdžiui, 1:2 ar 2:5 – susidaro rezonansas: Jupiterio gravitacija asteroidą periodiškai timpteli į tą pačią pusę. Panašiai, kaip ritmingai žengiančio kareivių būrio (ar net tiesiog pėsčiųjų, kurių žingsniai nejučia ima derėti prie vibracijų) kojų smūgiai gali sugriauti tiltą, taip periodiški orbitos pokyčiai ištempia asteroidus iš zonų aplink rezonansus.

Kuo rezonansą nusakančių skaičių suma mažesnė, tuo rezonansas stipresnis – 1:2 yra stipriausias, 1:4 ir 2:3 panašaus stiprio vienas į kitą ir taip toliau. 1:2 ir 1:4 rezonansai, susidarantys atitinkamai ties 3,27 ir 2,06 astronominio vieneto (AU) nuo Saulės, laikomi Asteroidų žiedo kraštais. 1:3 ir 2:5 rezonansai sudalina žiedą į tris grupes, taigi net ir tas nedidelis medžiagos kiekis netenka galimybės susijungti į kokį nors didesnį kūną. Manoma, kad būtent rezonansas su Jupiteriu sustabdė planetos augimą šioje disko dalyje dar Saulės sistemai formuojantis, taip pat sulėtino Marso augimą, todėl ši planeta yra mažytė, palyginus su Žeme.

Tarpai tarp trijų grupių tokie ryškūs, kad juos pastebėti tereikėjo kelių dešimčių žinomų asteroidų – dar 1866 metais tą padarė Danielis Kirkwoodas, o dabar tarpai vadinami jo vardu. Gausėjant atradimų, žiede aptikta ir daugiau struktūrų, pradedant kitais, menkesniais, tarpais, o vėliau – ir asteroidų šeimos. 1918 metais japonas Kijocugu Hirajama pastebėjo, kad kai kurių asteroidų orbitos turi labai panašias orbitinių elementų – didžiojo pusašio, elipsiškumo ir inklinacijos – vertes.

Didysis pusašis yra orbitos „dydis“, tiksliau sakant, pusė ilgiausio orbitos elipsės skersmens (jei orbita apskritiminė, tai tiesiog apskritimo spindulys). Elipsiškumas nurodo orbitos susiplojimą: apskritimui jis lygus nuliui, tiesiai linijai – vienetui. Inklinacija yra kampas, kurį orbitos plokštuma sudaro su ekliptikos, t.y. Žemės orbitos aplink Saulę, plokštuma. Pagal šiuos parametrus susigrupavę asteroidai pavadinti šeimomis, mat jie vienas kitam yra „giminės“ – atsirado subyrėjus didesniems asteroidams.

Nuolaužos iš pradžių judėjo labai panašiais greičiais, ir nors laikui bėgant nutolo vienos nuo kitų, orbitos liko labai panašios. Asteroidų šeimų egzistavimas yra vienas iš įrodymų, kad ten vyksta susidūrimai ir kad asteroidai po truputį byra į vis smulkesnius. Taigi nors planeta jie niekada nebuvo, praeityje asteroidų žiede galimai būta ir didesnių objektų, nei Cerera.

Pirmieji asteroidų dydžiai išmatuoti dar XIX a. pabaigoje, tačiau realiai pavienių asteroidų, kaip atskirų įdomių objektų, tyrimai suintensyvėjo tik antroje XX a. pusėje. Gerėjantys prietaisai bei atsirandantys kosminiai teleskopai davė informacijos apie asteroidų formą, masę, paviršiaus cheminę sandarą…

Pagal pastarąją – tiksliau, pagal atspindimą šviesą – asteroidai sudalinti į klases: anglinius C, uolinius S, metalinius M, pirmykščius P, enstatitus E ir daugybę kitų smulkesnių. Dar daugiau žinių suteikė įvairios kosminės misijos, iš pradžių praskridusios pro asteroidus pakeliui savo tikslo link, vėliau ir dedikuotos jų tyrimams. Pirmasis arti asteroido praskridęs zondas buvo Galileo; pakeliui į Jupiterį jis 1991 metais praskrido vos 1604 km atstumu nuo asteroido 951 Gaspra. Pirmoji dedikuota asteroido tyrimų misija buvo NEAR Shoemaker, kuri 2000-2001 metais sukosi aplink 433 Erosą, o pabaigoje netgi ant jo nusileido.

Nuo tada link pagrindinio žiedo asteroidų skrido dar trys misijos, visos sukurtos NASA: Dawn, kuri kartu buvo pirmoji misija į du nepriklausomus Saulės sistemos kūnus – Cererą ir Vestą; Lucy, šiuo metu skrendanti savo tikslų – dviejų pagrindinio žiedo ir šešių Jupiterio orbitoje skriejančių asteroidų – link; ir taip pat dar tikslo, to paties pavadinimo metalinio asteroido, link skriejanti Psichė. Apskritai misijų į asteroidus buvo ir daugiau – Japonijos Hajabusa ir Hajabusa2, NASA OSIRIS-REx ir DART – bet jų taikiniai daug artimesni Žemei, nei Asteroidų žiedas.

Ateityje misijų į asteroidus bus ir daugiau – jau dabar Jungtiniai arabų emyratai planuoja MBR Explorer, kuris praskris pro šešis asteroidus, o prie septintojo, 269 Justicijos, priartės, įeis į orbitą ir netgi nusileis. Žvelgiant į dar tolimesnę ateitį, asteroidai gali tapti puikiu resursų šaltiniu žmonijai plintant po Saulės sistemą. Jie gausūs įvairiausių mineralų bei metalų, kurie bus naudingi pramonėje – nuo statybos iki elektronikos, – o silpna gravitacija leis tuos mineralus pakelti ir išskraidinti ten, kur reikia. Bet tai, žinoma, taps aktualu tik po šimto-kito metų; pirmiau reikia kolonizuoti Mėnulį ir Marsą ir išmokti išgauti resursus iš asteroidų prie pat Žemės.